空心圆柱扭转仪定向剪切试验离散元模拟

为分析砂土在复杂应力条件下的剪切力学特性,采用商业离散元软件PFC3D对单粒组中密砂的空心扭剪试验进行了仿真模拟,分析了数值试样的应力-应变关系,研究了不同剪切方向下离散介质的强度、体积应变特性以及中主应力比对它们的影响,再现了力链在加载过程中的演化,并对剪切带的倾角做了深入分析。同时,从细观上看,以颗粒接触数和纯转动率变量为中心,观察了试样内部颗粒的运动状态,对比了不同剪切方向下剪切带内外颗粒接触数与纯转动位移的变化。最后,将数值试验结果与已有的室内试验结果进行了对比。此研究实现了复杂应力条件下空心扭剪试样的三维离散元模拟,加深了对空心扭剪试验过程和结果的理解和解释。     

Stream channel erosion in a rapidly urbanizing region of the US–Mexico border: documenting the importance of channel hardpoints with Structure‐from‐Motion photogrammetry

Urbanization can lead to accelerated stream channel erosion, especially in areas experiencing rapid population growth, unregulated urban development on erodible soils, and variable enforcement of environmental regulations. A combination of field surveys and Structure‐from‐Motion (SfM) photogrammetry techniques was used to document spatial patterns in stream channel geometry in a rapidly urbanizing watershed, Los Laureles Canyon (LLCW), in Tijuana, Mexico. Ground‐based SfM photogrammetry was used to map channel dimensions with 1 to 2 cm vertical mean error for four stream reaches (100–300 m long) that were highly variable and difficult to survey with a differential GPS. Regional channel geometry curves for LLCW had statistically larger slopes and intercepts compared with regional curves developed for comparable, undisturbed reference channels. Cross‐sectional areas of channels downstream of hardpoints, such as concrete reaches or culverts, were up to 64 times greater than reference channels, with enlargement persisting, in some cases, up to 230 m downstream. Percentage impervious cover was not a good predictor of channel enlargement. Proximity to upstream hardpoint, and lack of riparian and bank vegetation paired with highly erodible bed and bank materials may account for the instability of the highly enlarged and unstable cross‐sections. Channel erosion due to urbanization accounts for approximately 25–40% of the total sediment budget for the watershed, and channel erosion downstream of hardpoints accounts for one‐third of all channel erosion. Channels downstream of hardpoints should be stabilized to prevent increased inputs of sediment to the Tijuana Estuary and local hazards near the structures, especially in areas with urban settlements near the stream channel. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

云南大理“2010.1.15”日环食期间辐射和温湿度变化特征

利用大理国家气候观象台建立的大气边界层（PBL）观测系统探测资料,详细分析了2010年1月15日云南大理日环食期间辐射通量、气温以及相对湿度的变化情况。结果表明：日环食过程中,太阳短波辐射和气温均表现出＂V＂型分布,而相对湿度呈现倒＂V＂型分布。太阳短波辐射从初亏时开始减小,食甚时达到最小值,复圆时恢复正常,与理想晴天条件下相比,食甚时亏损率高达88%。由于到达地表太阳辐射强度的减弱,地面有一个冷却作用过程,引起地面气象要素的一系列变化,越接近于地表变化越明显,所引起气温、相对湿度的变化时间滞后于日环食时间。     

基于小波分析的抚松县降水量变化对矿泉水资源量的响应研究

大气降水是抚松县矿泉水资源的重要补给来源,探究其变化规律及极值概率对泉流量是否能够得到持续补给具有重要意义。为此,首先利用1960~2013年的降水资料和1981~2008年部分泉流量观测数据,对抚松县降水量的年内分配、年际变化和不同年代降水量均值变化进行降水特征分析;之后,运用皮尔逊Ⅲ型模型分析最大年降水量的概率分布;接着,利用1981年7月~2008年11月期间降水量和部分泉的泉流量监测数据,采用连续小波分析法对二者周期进行分析;最后,运用交叉小波变换法对同一时段内降水量和泉流量多时间尺度变化的相关性进行分析。结果表明:1960~2013年的54间,研究区内年降水量呈现周期性变化,变差系数为1.017×10-17,降水稳定,未发生异常变化。降水量和泉流量均存在约11个月的主震荡周期,二者属于同相位(即泉流量对降水量的变化产生即刻反应),降水量作为本区矿泉水补给的重要影响因素,可为矿泉水资源得到有效补给提供保证。     

土工织物-砂土界面的叠环式剪切试验

针对土工合成材料界面特性试验易受试验装置影响的特点,采用大型叠环式剪切仪进行土工织物与砂土的界面剪切试验。对比砂土本身、土工织物与砂土的两种剪切试验结果发现,土工织物-砂土剪切引起的叠环位移较小;叠环的水平位移变化规律与土体的剪胀性具有密切联系,土工织物限制了下剪切盒内土颗粒的运动,对达到峰值强度时的土体剪胀也具有抑制作用。由试验结果可知,筋-土界面的剪切带远小于剪切的影响范围,土工织物在界面剪切中的作用不能仅通过剪切带反映,还应考虑土工织物的屏蔽作用和对于土体剪切带形成的影响。     

台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。     

成都地区一次暴雨诊断分析

针对2012年8月16~19日成都地区出现短时、局地暴雨、特大暴雨的异常强降水天气,利用常规气象资料、1°×1°NCEP再分析资料和客观物理量场、卫星云图等资料,对造成此次强降水主要集中在成都地区西部沿山一带的原因进行了分析。分析得出:在有利的环流背景下,中小尺度系统发生发展和演变是这次暴雨产生的直接原因;中低层维持偏南气流,暖湿气流西进北抬,低空急流为这次暴雨提供了大量的水汽和不稳定能量;中低空的水平风切变不仅为暴雨提供了强烈的辐合上升运动,同时对水汽的水平辐合和垂直输送非常有利;另外,强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相连相关。     

Testing bedload transport equations with consideration of time scales

Bedload transport is known to be a highly fluctuating temporal phenomenon, even under constant (mean) flow conditions, as a consequence of stochasticity, bedform migration, grain sorting, hysteresis, or sediment supply limitation. Because bedload transport formulas usually refer to a single mean transport value for a given flow condition, one can expect that prediction accuracy (when compared to measurements) will depend on the amplitude and duration of fluctuations, which in turn depend on the time scale used for observations. This paper aims to identify how the time scale considered can affect bedload prediction. This was done by testing 16 common bedload transport formulas with four data sets corresponding to different measurement period durations: (i) highly fluctuating (quasi‐)instantaneous field measurements; (ii) volumes accumulated at the event scale on two small alpine gravel‐bed rivers, potentially affected by seasonal fluctuations; (iii) volumes accumulated at the interannual scale in a meandering gravel bed river, thought to be weakly subject to fluctuations; (iv) time‐integrated flume measurements with nearly uniform sediments. The tests confirmed that the longer the measurement period, the better the precision of the formula's prediction interval. They also demonstrate several consequential limitations. Most threshold formulas are no longer valid when the flow condition is below two times the threshold condition for the largest elements' motion on the bed surface (considering D₈₄). In such conditions, equations either predict zero transport, or largely overestimate the real transport, especially when D₈₄ is high. There is a need for new sediment data collected with highly reliable techniques such as recording slot bedload samplers to further investigate this topic. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

天山北坡中部一次罕见局地强降水中小尺度系统分析

利用Doppler雷达产品,结合高时空分辨率的T639再分析资料,对2010年6月22日发生在天山北坡中部石河子南部山区罕见局地强降水的中小尺度系统特征和强降水发生时间与落区进行分析。结果表明：西伯利亚至巴尔喀什湖的冷低压东南象限分裂出的中尺度短波,是造成“2010622”罕见局地强降水的直接影响系统。近低层至地面的中尺度切变线、辐合线以及冷锋是局地强降水发生的触发机制。近低层存在着强盛的西南及东南暖湿气流的输送及其在山前的强烈辐合,为南部山区罕见局地强降水的发生提供了有效的水汽和不稳定能量条件。多个中-γ对流单体沿特殊地形滚动更迭是局地强降水天气落区形成的直接原因。中气旋的出现对局地强降水的发生有很好的先兆性和指示意义。强降水发生在回波强度大于50 dBz、回波顶高度大于5 km和垂直累积液态水含量大于45kg·m^-2以及中气旋的重合区域内。可用中气旋提前20 min预警短时局地强降水的发生。